Aula 1 Rochas e minerais

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Geotecnia Ambiental 2015
MINERAIS E ROCHAS
1. INTRODUÇÃO
 Geologia Aplicada a Geotecnia
 Estrutura da Terra 
2. MINERAIS E ROCHAS 
 Propriedades dos minerais
 Minerais formadores de rochas
 Determinação prática dos principais minerais
 Rochas ígneas ou magmáticas
 Rochas Sedimentares
 Rochas Metamórficas
Sumário
Problema de Engenharia?
Qual a solução?
Envolve conhecimentos geológicos?
GEOLOGIA APLICADA A ENGENHARIA
Introdução
Quais problemas?
 Barragens (acumulação de água/resíduos), 
 Túneis e escavações,
 Obtenção de água subterrânea,
 Contenções de encostas (deslizamentos...),
 Taludes 
 Materiais rochosos/terrosos para construção etc.
Introdução
ENGENHARIA GEOTÉCNICA ou 
GEOTECNIA
 Estrutura da Terra
 Dinâmica interna  tectônica  novos relevos e depressões, 
planaltos, cadeias vulcânicas...
 Dinâmica externa  erosão, sedimentação...
Terra em permanente evolução!
Introdução
 Estrutura interna da 
Terra (Coch, 1995):
 Crosta continental: 50 a 150 km
 Crosta oceânica: 10 a 50 km
 Manto: 150 a 2900 km / 
temperatura 3.500oC
 Placas flutuam sobre o manto: 
montanhas + leves / fundos 
oceânicos + pesados
 Núcleo: 2900 a 6371 km
Introdução
 Tectônica de placas
 Ao se moverem as placas podem deslizar lateralmente entre si, 
afastar-se ou simplesmente se chocar. 
Introdução
 Minerais
 Substâncias naturais, inorgânicas, com composição química 
definida e estrutura atômica bem determinada
 Rochas
 Agregados de minerais
Exemplo:
Quartzo + Feldspato + Mica = Granito
Minerais e Rochas
 Propriedades dos minerais:
 Físicas
 Dureza – resistência ao risco (gesso – 2; diamante – 10)
 Traço – cor do risco do mineral (hematita – vermelho)
 Clivagem – direção das fraquezas (mica)
 Fratura – se partem segundo superfície irregular (quartzo)
 Magnetismo – atraídos pelo imã (magnetita)
 Brilho – metálico (galena), não metálico (quartzo), vítreo (diamante)
 Cor 
 Peso específico – P/V
 Químicas – reatividade com outras subsâncias
Minerais e Rochas
 Minerais formadores de Rochas
 Silicatos (>90%)
 Quartzo
 Feldspato
 Mica etc.
 Carbonatos
 Calcita
 Dolomita
 Óxidos de Ferro
 Hematita
 Magnetita
 Sulfatos
 Gesso
Minerais e Rochas
 Feldspato
 Cor clara
 Duro (6 a 10)
 Clivagem em 2 direções
 Opacos
 Translúcidos
 Abundantes entre os minerais!
 Quartzo
 Incolor
 Muito duro
 Sem clivagem
Minerais e Rochas
 Determinação prática dos principais minerais
Minerais e Rochas
 Claros
 Feldspato
 Quartzo
 Calcita
 Dolomita
Não riscam feldspato
com canivete  quartzo
Riscam com mica
canivete  calcita
dolomita
Faces planas 
feldspato
Faces 
irregulares 
quartzo
Soltam palhetas incolores 
e brilhantes  Micas
Não soltam palhetas, 
menos brilhante, reage 
com ácido  Calcita ou 
Dolomita
 Rocha simples
 FORMADA POR UM MINERAL
 Rocha composta
 FORMADA POR MAIS DE UM MINERAL
Minerais e Rochas
Quartzitos (quartzo)
Granito (quartzo + feldspato + mica)
Tipos de Rochas
De acordo com a sua génese (modo de formação) as rochas podem ser 
classificadas em TRÊS grandes grupos:
• Resultam da 
solidificação 
do magma, no 
interior ou à 
superfície da 
Terra.
ROCHAS 
MAGMÁTICAS
• Formam-se a partir 
de outras no interior 
da Terra, por vezes a 
profundidades 
consideráveis, onde 
as condições de 
pressão e 
temperatura são 
elevadas.
ROCHAS 
METAMÓRFICAS
• Formam-se a partir 
do desgaste de 
outras e à 
superfície da Terra 
onde as condições 
de pressão e 
temperatura são 
diminutas.
ROCHAS 
SEDIMENTARES
Basalto, granito, …
Xisto, mármore, …
Areias, calcário, …
ROCHAS MAGMÁTICAS ou ÍGNEAS
ignis = fogo
Rochas Magmáticas ou Ígneas
Mistura complexa de material rochoso
fundido (“derretido”); apresenta uma
componente gasosa.
O magma pode ainda conter material sólido (se o ponto
de fusão desses materiais forem superiores à
temperatura desse magma)! Quando o magma ascende
à superfície durante uma erupção passa a designar-se
por lava (esta contém menor teor em gases).
ROCHAS INTRUSIVAS OU PLUTÓNICAS
• Resultam do arrefecimento e solidificação do magma em profundidade.
ROCHAS EXTRUSIVAS OU VULCÂNICAS
• Resultam do arrefecimento e solidificação do magma à superfície.
ignis = fogo
Rochas Magmáticas ou Ígneas
Magma
rocha 
encaixante
Se o magma não ascender e 
não for expelido através de 
uma erupção vulcânica irá 
arrefecer lentamente, em 
profundidade …
O que as distingue?
Se o magma apresentar um elevado 
teor em gases, torna-se menos denso 
que as rochas encaixantes e tenderá 
a subir e a ser expelido – aí o 
arrefecimento será rápido e brusco!
Rochas Magmáticas ou Ígneas
Granito
Basalto
Rochas Magmáticas ou Ígneas
• Arrefecimento lento do magma 
em profundidade
• Há tempo para os cristais / 
minerais se poderem desenvolver 
(bem visíveis à vista 
desarmada)!
Rochas 
Intrusivas 
ou 
Plutónicas
• Arrefecimento rápido do magma 
à superfície
• Não há tempo para os cristais / 
minerais se poderem desenvolver 
(muito pequenos ou invisíveis à 
vista desarmada).
Rochas 
Extrusivas 
ou 
Vulcânicas
Basalto – rocha negra, 
compacta, por vezes com 
pequenos mas visíveis minerais 
de olivina 
Granito – Rocha de cor clara 
com minerais bem visíveis 
(quartzo, feldspatos, micas)
Rochas Magmáticas ou Ígneas
Por vezes o arrefecimento do magma é 
tão brusco que não há formação de 
verdadeiros minerais. Apenas se está 
na presença de uma massa amorfa ou 
vítrea (sem organização em termos de 
átomos).
Obsidiana ou 
Vidro vulcânico 
rocha magmática do tipo 
vulcânico ou extrusivo
Rochas Magmáticas ou Ígneas
A identificação das rochas magmáticas tem por base a análise da 
composição química da rocha, bem como da sua cor e textura…
Tamanho, forma e arranjo dos 
minerais na rocha
TEXTURA FANERÍTICA 
ou GRANULAR
TEXTURA AFANÍTICA 
ou AGRANULAR
TEXTURA VÍTREA
Minerais de grande dimensão Minerais de pequena dimensão 
ou invisíveis à vista desarmada
Não se conseguem identificar 
minerais
Rochas Magmáticas ou Ígneas
Calçada dos Gigantes (Irlanda) – cerca de 40 000 colunas 
prismáticas de basalto indicam que ocorreu uma erupção 
vulcânica. Neste caso particular, a lava arrefeceu rapidamente 
em contacto com o mar e adquiriu aquelas formas.
Se existem granitos … podemos inferir 
que existiam bolsas de magma em 
profundidade. o qual cristalizou 
lentamente! A erosão das rochas 
subjacentes permite o seu afloramento!
Rochas Magmáticas ou Ígneas
Ilha da Madeira – paisagem basáltica
Serra da Estrela – paisagem granítica
Rochas Ígneas
Rochas Ígneas
Rochas Metamórficas
Rochas Metamórficas
Quando uma rocha fica sujeita a pressões e temperaturas
elevadas, torna-se instável e sofrerá profundas transformações 
físicas e químicas (mas sempre com a manutenção do estado sólido!!!!)
Este processo pode ocorrer a profundidades 
variáveis na crosta da Terra e implica um 
rearranjo da forma e orientação dos minerais 
constituintes das rochas e, muitas vezes, a sua 
alteração! Podem formar-se novos minerais 
(recristalização) 
Gnaisse
Rochas Metamórficas
 CALOR
 PRESSÃO / TENSÃO
 TEMPO
 FLUIDOS DE 
CIRCULAÇÃO
Quebra ligações químicas 
entre átomos
Reorienta os minerais
Permite a troca de alguns 
átomos dos minerais por 
outros…
A zona mais superficialdo nosso planeta está
fragmentada em placas tectónicas. E estas
movem-se, ainda que lentamente!
Existem placas tectónicas continentais
(como a euro-asiática) e ôceânicas (como a placa
do pacífico).
… e estas placas, durante o seu 
movimento, podem colidir ou 
afastar-se umas das outras. 
Quando duas placas continentais 
colidem, formam-se grandes 
relevos (cadeias montanhosas). 
Quando a colisão ocorre com 
uma placa oceânica (mais 
densa), esta irá “mergulhar” 
(subducção), afundando-se no 
sentido do interior da Terra!
Rochas Metamórficas
A B
C
Em que locais será 
provável que 
ocorram fenômenos 
de metamorfismo?
 Nas zonas de subducção (onde
ocorre a formação de magma
devido às elevadas temperauras e
onde a pressão é considerável) –
local A
 Nas zonas onde se estão a
formar montanhas (onde a
pressão é enorme e a temperatura é
elevada devido ao atrito) – local B
 Rocha metamórfica
 Metamorfismo de Rocha Sedimentar ou 
Ígnea
 modificação na composição atômica 
influência das diferentes condições do ambiente 
atual x ambiente formação
Nova rocha - Novas propriedades – Nova 
composição mineral 
pressões intensas ou elevadas temperaturas 
movimento intenso e constante do núcleo terrestre 
 rochas pré-existentes são empurradas a níveis 
inferiores
Minerais e Rochas
Rochas Metamórficas – tipos de metamorfismo
Perto de intrusões magmáticas (bolsas de
magma), as rochas que lhe estão próximas
(rochas encaixantes) são alteradas (mas não
chegam a fundir) devido ao calor.
O tipo de rocha encaixante, a a quantidade de 
fluidos e a temperatura são factores determinantes 
do tipo de rocha metamórfica que se irá formar!
Rochas Metamórficas – tipos de metamorfismo
Por exemplo, em zonas de colisão de placas
tectónicas onde ocorre a formação de montanhas e
dobras, a existência de elevadas pressões e
temperaturas também provoca alterações nos minerais
das rochas …
Gnaisse Xisto
Rochas Metamórficas – as características
A maioria das rochas metamórficas 
apresenta texturas características!
Rochas Metamórficas
As rochas evidenciam 
FOLIAÇÃO
Orientação e alinhamento dos 
minerais em planos 
aproximadamente paralelos
Se houve forças, os 
minerais vão reorientar-
se… (normalmente numa 
direcção perpendicular 
ao sentido dessa força)!
A foliação, quando o 
metamorfismo é de um grau mais 
elevado, pode ainda traduzir-se 
numa característica/textura muito 
própria: a xistosidade!
Planos de fragilidade ao longo dos quais a 
rocha costuma fracturar / partir com mais 
facilidade. Típico dos xistos.
Rochas Metamórficas
FOLIAÇÃO
Gnaisse – rocha metamórfica
Esta textura é típica 
do metamorfismo 
regional…PORQUÊ?
Esse é o tipo de metamorfismo que 
implica a ocorrência de 
deformações, de forças (são elas 
que vão reorientar os minerais)
Rochas Metamórficas
Mármore – rocha metamórfica
O mármore não apresenta uma 
textura foliada… Porque será?
O mármore forma-se por metamorfismo de 
contacto, onde as forças têm pouca importância. 
Este tipo de metamorfismo dá-se por acção do 
calor, então os minerais não tenderão a orientar-se 
em direcções definidas…
Rochas Metamórficas
Rochas Metamórficas
Rochas Metamórficas
Rochas Metamórficas
Rochas Sedimentares
As Rochas Sedimentares são as mais comuns 
e são essencialmente formadas à superfície 
terrestre (baixas pressões e temperaturas) a 
partir de outras pré-existentes.
Os sedimentos são os precursores 
das rochas sedimentares e 
encontram-se na natureza sob a 
forma de pequenas partículas, como 
areias, fragmentos de carapaças de 
seres vivos, etc…
Resultam do desgaste das 
rochas
Rochas Sedimentares
 Desgaste das rochas 
(inclui fenómenos de meteorização e erosão)
 Transporte
 Sedimentação
 Diagénese ou Litificação 
(inclui fenómenos de compacção e cimentação e 
permite converter sedimentos soltos em rochas 
consolidadas)! 
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Rochas Sedimentares
METEORIZAÇÃO
As rochas pré-existentes que afloram à 
superfície ficam agora expostas a 
condições bem diferentes daquelas a que 
foram geradas – tornam-se instáveis e, 
sujeitas ao contacto com a atmosfera, 
biosfera e hidrosfera irão alterar-se física
(desagregando-se – detritos ou clastos) e 
quimicamente (formando novos minerais, 
mais estáveis).
A meteorização não implica qualquer 
transporte de material
SEDIMENTOGÉNESE
1 – DESGASTE DAS ROCHAS
Rochas Sedimentares
EROSÃO
Os materiais resultantes da meteorização 
(quer sejam fragmentos grandes, quer pequenas 
partículas dissolvidas em água) são removidos 
– muitas vezes para sítios bem longínquos!
A erosão implica transporte de material
As rochas foram 
desgastadas e 
desagregadas!
SEDIMENTOGÉNESE
1 – DESGASTE DAS ROCHAS
Rochas Sedimentares
EROSÃO
Os materiais resultantes da meteorização 
(quer sejam fragmentos grandes, quer pequenas 
partículas dissolvidas em água) são removidos 
– muitas vezes para sítios bem longínquos!
A erosão implica transporte de material
As rochas foram 
desgastadas e 
desagregadas!
SEDIMENTOGÉNESE
1 – DESGASTE DAS ROCHAS
Rochas Sedimentares
O agente transportador 
(água, vento) irá transportar os 
detritos até que tenha “força” 
para tal… Quando o agente 
transportador perder a 
dinâmica, os materiais irão 
depositar-se (sedimentos)…
O transporte é o 
processo físico 
responsável pela 
deslocação dos detritos!
SEDIMENTOGÉNESE
2 – TRANSPORTE
Rochas Sedimentares
Rochas Sedimentares
SEDIMENTOGÉNESE
2 – TRANSPORTE
A velocidade do agente transportador e o tempo a que as partículas ficam 
sujeitas a esse mesmo transporte determina o seu tamanho, bem como o seu 
grau de “polimento”/arredondamento…!!!
Rochas Sedimentares
SEDIMENTOGÉNESE
2 – TRANSPORTE
Durante o transporte, 
os materiais sólidos 
vão sofrendo 
sucessivas alterações!
Rochas Sedimentares
SEDIMENTOGÉNESE
3 – SEDIMENTAÇÃO
Deposição dos sedimentos
nas chamadas bacias de
sedimentação – este
processo é determinado pela
força gravítica e pela perda
de capacidade de transporte
dos agentes responsáveis por
esse processo.
 A velocidade (energia) do agente de transporte 
influencia no tamanho da partícula transportada e 
sedimentada
Blocos
Matacões
Pedregulhos + areia
Areia+silte+argila
Praia do Forte – Cabo Frio - RJ
O ouro, por apresentar uma 
densidade elevada, tende a 
depositar-se nas secções mais a 
montante dos rios …!
Rochas Sedimentares
SEDIMENTOGÉNESE
3 – SEDIMENTAÇÃO
É durante este processo que 
podem também depositar-se 
restos de organismos ou das 
suas actividades (vão originar 
fósseis - são contemporâneos da 
rocha que os contém).
A sedimentação ocorre maioritariamente em
meio aquático - é que a água é um
excelente agente transportador…); é
também em meio aquático que é mais
provável a ocorrência de fósseis (os restos
mortais não estão sujeitos às instáveis
condições climatéricas ou à acção de outros
animais)!
http://www.youtube.com/watch?v=Dz44vr5cehs&NR=1
Rochas Sedimentares
A ordem de sedimentação é 
condicionada pelas 
dimensões e pela densidade
dos sedimentos!
Primeiro depositam-se os mais 
densos e maiores e depois os 
mais pequenos e leves!
Formar-se-ão (desde que não ocorram perturbações)ESTRATOS (camadas sobrepostas, paralelas e 
horizontais que se distinguem pela espessura, dimensão 
e coloração), nos quais é frequente encontrar fósseis!
Rochas Sedimentares
A homogeneidade de cada estrato implica que os materiais disponíveis e 
as condições de sedimentação se tenham mantido sempre constantes!
Rochas Sedimentares
Cada estrato é limitado superiormente por uma zona chamada tecto e 
inferiormente por uma chamada muro
Rochas Sedimentares
Mas nem sempre a estratificação (presença de estratos) típica das rochas 
sedimentares surge horizontalmente…
Em sedimentos fluviais e eólicos 
são frequentes casos de 
estratificação entrecruzada. Este 
tipo de estratificação revela uma 
variação na intensidade e/ou na 
direcção do agente de transporte. 
Se a direcção ou a velocidade da 
corrente se altera, também a 
orientação dos estratos 
subsequentes muda relativamente 
aos estratos inferiores.
Rochas Sedimentares
Mas, após o desgaste (por erosão e 
meteorização), transporte e 
sedimentação, os sedimentos 
continuam soltos!!!! 
4 – DIAGÉNESE OU LITIFICAÇÃO
Conjunto de processos físico-químicos que
permite “converter” sedimentos soltos em
rochas consolidadas! Nem todas as rochas
sedimentares passam por este processo
(Ex: areias)
Rochas Sedimentares
DIAGÉNESE OU LITIFICAÇÃO
(Do gr. líthos, «pedra» +facère, «fazer»)
Durante a diagénese os sedimentos 
irão sofrer algumas mudanças …
Se a sedimentação for contínua, os sedimentos vão ocupando posições cada vez mais 
profundas e, por isso, os estratos mais inferiores vão experimentando um aumento 
gradual de pressão – ainda que não se atinjam valores que causem metamorfismo!!!)
Rochas Sedimentares
DIAGÉNESE OU LITIFICAÇÃO
Cada novo estrato que se forma 
sobrepõe-se e comprime o estrato que 
lhe está abaixo – progressivamente vai 
ocorrendo um afundamento!
(obviamente, isto trará consequências…)
Rochas Sedimentares
DIAGÉNESE OU LITIFICAÇÃO
inclui 2 etapas …
COMPACTAÇÃO CIMENTAÇÃO
Rochas Sedimentares
DIAGÉNESE OU LITIFICAÇÃO
COMPACTAÇÃO ou compacção
Devido à compressão pelas camadas superiores,
o volume dos espaços vazios entre os sedimentos
(poros) diminui; ocorre também a perda da água
que se encontrava nesses espaços!
Rochas Sedimentares
DIAGÉNESE OU LITIFICAÇÃO
CIMENTAÇÃO
Algumas substâncias dissolvidas na água (sílica,
carbonato de cálcio, óxidos de ferro) existente entre os
sedimentos podem precipitar e, gradualmente,
vão ocupar os pequenos espaços vazios que
possam ainda existir, formando um cimento que
irá unir os sedimentos.
ROCHA CONSOLIDADA!
Rochas Sedimentares
Os principais ambientes sedimentares
Rochas Sedimentares
75 % das rochas que afloram à superfície e que se encontram a cobrir parte dos fundos 
oceânicos são sedimentares! Ainda assim, o seu volume é muito reduzido quando comparado 
com o volume ocupado em toda a crusta pelos outros tipos de rochas! É que as rochas 
sedimentares são muito difíceis de preservar (estão em permanente desgaste por estar à superfície).
Rochas Sedimentares
Detríticas 
(consolidadas ou não consolidadas)
Formadas por detritos de outras rochas.
Ex: conglomerados, brechas, argilas, areias, 
arenitos… 
Quimiogénicas
Resultam da precipitação de substâncias
que estavam dissolvidas na água.
Ex:calcário, evaporitos (sal-gema),
http://www.youtube.com/watch?v=FpYEs1fp1qc
Rochas Sedimentares
Biogénicas - Formadas pela deposição de restos de organismos … 
Ex: diamotitos, carvões, calcário conquífero
Rochas Sedimentares
Rochas Sedimentares
Rochas Sedimentares
Rochas Sedimentares
Rochas Sedimentares
Rochas Sedimentares
Rochas Sedimentares
Rochas Sedimentares